不同细胞之间的沟通和协调是调节人体许多功能的基本方面。这一过程称为旁分泌信号传导，涉及细胞向其细胞外基质 (ECM) 或周围环境中释放信号分子，以传达其细胞过程或局部环境的变化。然后这些信号分子被邻近细胞检测到，从而导致各种细胞反应。

例如，在细胞/组织损伤期间，旁分泌信号过程会释放生长因子，向附近的干细胞发出信号，帮助以疤痕组织形成或血液凝结的形式进行组织修复。类似的过程也发生在其他重要功能的调节中，如消化、呼吸和生殖。此外，旁分泌信号会影响参与药物代谢的酶的表达和活性，并在药物间相互作用中发挥作用。

信号分子可能含有蛋白质和遗传物质，它们在称为外泌体的微小囊泡内运输。这些囊泡可作为各种疾病的宝贵生物标记，甚至可以被设计用来携带药物，使其成为一种高效的靶向药物输送系统。值得注意的是，激素催产素和神经递质多巴胺是旁分泌信使。

为了研究外泌体对细胞间相互作用的影响，东京理科大学的 Hidenori Otsuka 教授和 Shohei Ishikawa 博士等研究团队最近开发了一种创新的细胞培养系统。他们的研究成果于 2023 年 5 月 19 日发表在《生物技术与生物工程》杂志上。

所提出的系统解决了传统共培养系统中的几个限制，在传统共培养系统中，不同类型的细胞在邻近区域培养。

Otsuka 教授解释说：“当细胞在支架(如普通水凝胶)上进行三维培养时，随着细胞增殖和功能分化，分隔细胞的膜插入物上的支架会收缩，从而抑制蛋白质和外泌体等细胞分泌因子的渗透，导致功能下降。”这些培养的​​另一个挑战是区分通过直接物理相互作用和旁分泌信号传导进行的细胞间接触的具体作用。

为了应对这些挑战，研究团队设计了一种三维隔离共培养模型，其中孔板(矩形板，有许多分隔的孔)由两种细胞组成，由带有二氧化硅无纺布(SNF)的膜插入物隔开，SNF 是一种高度多孔的电纺丝织物的互连网络。在这种隔离系统中，通过直接接触进行的细胞间相互作用被消除。

此外，SNF 的高机械强度和互连多孔网络可促进细胞生长，而不会发生收缩或导致细胞功能下降。这使得不同细胞类型之间的相互作用可以在较长时间内得到维持和研究。

研究人员利用提出的共培养模型，在不同的隔间中培养大鼠原代肝细胞和正常人类真皮成纤维细胞，但培养环境相同。这两种细胞类型均存在于肝脏组织中。

肝细胞负责各种代谢功能，而成纤维细胞是一种参与维持 ECM 的结缔组织细胞。通过共培养这两种细胞类型，该团队能够研究它们之间的相互作用以及 ECM 在细胞模拟中的作用。

研究人员发现，在 SNF 支架上共培养细胞时，细胞功能显著改善。SNF 的独特特性使其成为研究通过旁分泌信号传导进行的细胞间相互作用的理想支撑材料。

新型支架的高孔隙率有利于细胞在三维培养环境中的浸润，其高渗透性使不同类型的细胞之间能够有效交换信号分子(或可溶性因子)。

Otsuka 教授总结道：“根据我们的研究结果，这项新技术在药物筛选、组织工程和再生医学等新应用方面具有巨大的潜力。”

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